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人类基因组中，编码蛋白质的区域仅占不到 3%，剩下超97%的非编码区并非无用的DNA，而是分布着大量调控元件，它们通过复杂的染色质三维结构，调控基因表达，维持着细胞的独特身份——比如神经干细胞始终保持干性、持续分化产生神经细胞，就需要这些调控元件的稳定工作。

此前的基因编辑安全研究，大多聚焦在占基因组~3%的编码区的脱靶突变，对非编码区的编辑影响少于深入探索。而清华团队的研究发现，非编码区的基因编辑，即使切割位点远离调控元件，也可能引发连锁反应，这种影响还会因细胞类型不同产生巨大差异：在已分化的细胞中，编辑引发的染色质扰动范围较小，仅延伸几千碱基的距离；但在干性的细胞中，如小鼠胚胎干细胞等细胞中，扰动范围会放大数百倍，能延伸至几十万碱基的距离，在基因组里引起大范围的调控改变。

为了定量这种作用，研究团队构建了PSIchrom扰动跨度指数，能根据细胞的基因表达谱，初步预测细胞对基因编辑扰动的敏感程度。PSIchrom指数在神经干细胞、成体干细胞中评分很高，也意味着它们是基因编辑中的敏感细胞，是值得重点关注的细胞群体。

让研究团队尤为关注的是，这种大范围的染色质扰动，对神经干细胞等干性细胞的影响尤为显著。实验中，研究人员在小鼠海马体的神经干细胞非编码区进行基因编辑，即便切割位点距离关键调控元件几万碱基的距离，仍观察到神经干细胞出现明显的提前分化，原本的干性细胞群体显著减少，分化出的神经母细胞数量显著上升。成体干细胞作为体内组织修复、再生的起始细胞，其干性的丢失，可能会直接影响组织的正常生理功能，这也意味着在基因编辑治疗中，干细胞的这类风险值得关注。

团队也解析了现象背后的生物学机制：干性细胞与分化细胞的DNA修复方式存在巨大差异。分化细胞主要通过快速的cNHEJ通路修复DNA断裂；但神经干细胞、成体干细胞等干性细胞，更倾向于非cNHEJ修复路径，可能引发大规模的DNA末端切除，形成延伸几十万碱基长度的单链DNA。这些单链DNA可能会破坏细胞的染色质三维结构：一方面让维持染色质架构的CTCF蛋白无法正常结合DNA，另一方面扰乱染色质凝聚体的远程调控作用，最终导致干细胞的关键干性基因表达失调，哪怕没有DNA序列的变化，比如大片段的DNA缺失等序列改变，干细胞也可能会丢了自己的干性特征，发生提前分化，失去原本的生理功能。

图一：基因编辑扰动基因组并导致干细胞干性丢失

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S193459092600038X?sessionid=